Una propuesta didáctica para la enseñanza y el aprendizaje del concepto sustancia en la educación básica y media A didactic proposal to learning and teaching the concept of substance in junior and high school Adriana María Valderrama Gladys Lamus I.E. Félix de Bedout I.E. Concejo de Medellín [email protected] [email protected] María Ofelia Rivera I.E. José Félix de Restrepo [email protected] 1. Introducción En nuestro que hacer pedagógico cotidiano nos hemos encontrado con una dificultad en la enseñanza y el aprendizaje del concepto sustancia, fundamental en la Química. Su significado es obviado al tratar de reducir su enseñanza a una definición, casi siempre incompleta, ambigua, con imprecisiones y a unos cuantos ejemplos aislados. Tradicionalmente, este concepto se ha trabajado solapado con el concepto de materia y no estructurado en un conjunto de relaciones con otros conceptos que le son afines y necesarios para su comprensión, como son los significados para mezcla, solubilidad, composición, homogeneidad y metodologías de separación entre otros. Es una necesidad educativa de aula en la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias naturales, en la educación básica y media, repensar la enseñanza y el aprendizaje del concepto sustancia. Es por esto que un grupo de maestros interesados y participantes en el Grupo MEQ1, hemos analizado las dificultades de aprendizaje de grupos de estudiantes para los conceptos: material, sustancia, mezcla, homogeneidad, heterogeneidad, composición y solubilidad. Con base en este estudio se ha propuesto y desarrollado una secuencia de actividades didácticas potencialmente significativas, con el propósito de mejorar la práctica pedagógica de aula y permitir a los estudiantes una interacción que les facilite el progreso conceptual de significados químicos pertinentes para estos niveles. El desarrollo de las actividades se acompaña de un texto, de aproximadamente dos páginas, donde se explicitan los significados y sus relaciones conceptuales. La Epistemología del concepto sustancia la inscribimos en una aproximación a la noción de perfil epistemológico de Bachelard (1993) con el propósito de percibir el espectro filosófico para su enseñanza y aprendizaje significativo (200) en la perspectiva de trascender del nivel del realismo ingenuo al de la racionalidad de dicho concepto y al de la superracionalidad. Este perfil a la manera de Jensen (1996) es posible de conceptuar en tres categorías: molar, molecular y eléctrico como se detalla en la tabla 1. Una relación conceptual del concepto sustancia para el primer nivel de aprendizaje de nuestro interés se detalla, a modo de esquema, en la tabla 2. 1 Esta propuesta es un resultado del Grupo Metodología de la Enseñaza de la Química MEQ, U. de A., Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Instituto de Química. Experienciada en las respectivas instituciones educativas en los grados sexto y séptimo. Esta propuesta se inscribe en el trabajo con colecciones de materiales, como una clase de situaciones que crece en complejidad y constituye una tríada, al modo de Verganud (200 ), para facilitar el aprendizaje significativo al integrarla con los significados y la utilización del lenguaje natural y del lenguaje químico, en la mirada de progresar a clases de sustancias y a la caracterización por un conjunto de propiedades y el reconocimiento de las funciones químicas para realizar la transición a la conceptualización molecular y al progresivo dominio del concepto sustancia en sus diferentes grados de abstracción. Tabla 1: Categorías de la Química Sustancia y comportamientos químicos Molécula Molar Núcleos y electrones Molecular Eléctrico Tabla 2: relaciones concepto sustancia Mezcla Material Sustancia Solubilidad Heterogénea Homogénea Metodologías de separación 2.0 DESARROLLO 2.1 ¿Qué sabes sobre los materiales? -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2.2 Materiales del aula En la vida cotidiana interactuamos con diversos materiales. ¿En tu aula de clase qué materiales hay? Completa la tabla 3 con los nombres de algunos materiales percibidos. TABLA 3: lista de materiales del aula MATERIAL NOMBRE FASE SÓLIDA FASE LÍQUIDA FASE GASEOSA 2.2 Colección de materiales La colección de materiales es una clase de situación química para iniciar el aprendizaje de las sustancias y del lenguaje químico para referirse a éstas. La tabla 4 identifica la colección inicial. Tabla 4: colección de materiales Agua destilada Agua potable Leche NaCl(s) (cloruro de sodio comercial) CuSO4·5H2O(s) (sulfato de cobre pentahidratado comercial) 2.3 S8(s) (Azufre, octazufre sólido); Gaseos {H2O(l), colorante, endulzante, CO2(g)}; Alcohol antiséptico: {C2H5OH(l), H2O(l)} {C2H5OH(ac)} Etanol: C2H5OH(l) Cobre metálico Cun (varias clases); Latas de aluminio, papel de aluminio; Aire: {N2(g), O2(g), }; Hierro metálico Fen (varias clases de presentación); {S8(s), Fen (limaduras)} Interacción con la colección de materiales Identifica los materiales de la colección y completa la tabla 5. Tabla 5: materiales de la colección MATERIAL APARIENCIA APARIENCIA NOMBRE HOMOGÉNEA HETEROGÉNEA FASE SÓLIDA FASE FASE LÍQUIDA GASEOSA Los materiales que enunciaste se constituyen a su vez de otros materiales llamados sustancias. Estudiemos la composición de los siguientes materiales y anota esta información en la tabla 6: leche, cloruro de sodio sólido NaCl ( s ), agua líquida H2O ( l ), gaseosa, aire, Cun agua destilada H2O; sulfato de cobre sólido CuSO4 ( s ) Tabla 6: composición de materiales MATERIAL (NOMBRE) 2.4 COMPOSICIÓN (%) SUSTANCIAS CONSTITUYENTES Material: mezcla y sustancia De acuerdo a la información de la tabla 6 responde las siguientes preguntas: a. ¿Se constituyen los materiales de un componente o de varios?-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------b. ¿Qué significa que unos materiales tengan varios componentes y otros sean un solo componente?------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- c. ¿Qué significa que unos materiales tengan apariencia homogénea y otros heterogénea?----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Resolver esta situación requiere de tu disposición con el aprendizaje significativo de los conceptos material, sustancia y mezcla. Un material para el cual su composición se identifica con un único material lo nombramos sustancia y un material constituido de varias sustancias lo denominamos mezcla. De acuerdo con tu nuevo conocimiento, clasifica los materiales de la colección anterior como sustancia o como una mezcla de sustancias, decide sobre la apariencia homogénea y completa la tabla 7. Tabla 7: sustancia y mezcla MATERIAL SUSTANCIA Homogénea Heterogénea MEZCLA Homogénea Heterogénea Las sustancias y las mezclas son materiales con los cuales interactuamos en la vida cotidiana, por ejemplo: Mezclas: ---------------Sustancia: ------------- ---------------------------------- ------------------ ------------------- ------------------------------------ --------------------- ---------- Escribe tu significado para sustancia:-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Escribe tu significado para mezcla----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hasta acá hemos verificado que una sustancia es un material de apariencia homogénea, a su vez, algunas mezclas pueden ser también de apariencia homogénea. Entonces, ¿Cómo diferenciar dos materiales uno que es una sustancia y otro que es una mezcla homogénea? 2.5 Reunamos las siguientes sustancias Reunimos cantidades determinadas de sustancias mediante la operación de mezclar y formamos otros materiales denominados mezclas. A) 2.0 ml de Etanol C2H5OH(l) y 2.0 ml de agua líquida H2O(l) B) 2.0 ml de Etanol C2H5OH(l), y 5.0 ml de agua líquida H2O(l) C) 1.0 g Cloruro de sodio NaCl(S) y 10.0 ml agua líquida H2 O(l) D) 4.0 g Cloruro de sodio NaCl(S) y 10.0 ml agua líquida H2O( l ) E) 2.0 g de Sulfato de cobre pentahidratado CuSO4·.5H2O(s) y 10.0 ml de agua líquida H2O(l) F) 4.0 g de Sulfato de cobre pentahidratado CuSO4·.5H2O(s) y 10.0 ml de agua líquida H2O(l) . G) 1.0 g de octazufre S8(s) y 0.1 g de limaduras de hierro Fe(s De acuerdo a cada operación antes realizada completa la tabla N° 8 Tabla 8: Mezcla homogénea y heterogénea MEZCLA FASE(S) Y CLASE(S) HOMOGÉNEA HETEROGÉNEA Cantidad (g) A B C Escribe conclusiones según los datos de la tabla 8 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------¿Qué has avanzado con respecto al significado de apariencia homogénea y apariencia heterogénea?------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Escribe tu significado para mezcla homogénea y para mezcla heterogénea-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------¿Una sustancia es de apariencia homogénea? Argumenta----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------¿Una mezcla puede ser de apariencia homogénea? Argumenta-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Al reunir sustancias hemos realizado la operación de mezclar, necesaria ésta para diferenciar una sustancia (material de apariencia homogénea) de una mezcla también de apariencia homogénea. ¿Mezclar cualesquier cantidad de sustancias dará lugar a una mezcla homogénea? -----Argumenta---------------------------------------------------------------------------------------------------Reunimos cantidades de sustancias, cada una es un material de apariencia homogénea (mezcla homogénea). Reunidas dos sustancias, obtenemos una mezcla o material también de apariencia homogénea cuya cantidad es la suma de las cantidades mezcladas. ¿Cuándo la reunión de cantidades de sustancias cambia a apariencia heterogénea? --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Escribe diferencias entre mezcla homogénea y mezcla heterogénea-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------El concepto de composición se refiere a cantidad de la sustancia en una mezcla y a cantidad de la mezcla. Nótese como en contextos similares (p, T, constante) la composición de una mezcla es variable, esto es, dos componentes se pueden mezclar en diferentes cantidades y es posible mantener constante la cantidad de mezcla o variarla. Reflexiona las situaciones anteriormente trabajadas. Y ¿Qué significamos como composición de una sustancia? ¿Es ésta variable o invariable? ¿Quién constituye a la sustancia? Es común encontrar mezclas homogéneas de dos componentes, uno llamado soluto y otro solvente. Se denomina soluto a la sustancia en menor cantidad y solvente a la sustancia con mayor cantidad en la mezcla. Por ejemplo, en NaCl(ac), el agua es el solvente y el cloruro de sodio es el soluto; en C2H5OH(ac), el agua es el solvente y el etanol el soluto; en NaCl(alc), el etanol es el solvente y el cloruro de sodio el soluto. Para las mezclas de la tabla 8, identifica solvente y soluto y completa la tabla 9. Tabla 9: Mezcla homogénea y heterogénea MEZCLA HOMOGÉNEA HETEROGÉNEA SOLVENTE SOLUTO Cantidad (g) A B C Discute si cantidades de soluto y de solvente tienen límites para preparar una mezcla homogénea-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------El límite de una mezcla homogénea lo decide la solubilidad expresada ésta como la máxima cantidad de soluto disuelto en 100 gramos de solvente a temperatura constante. La sustancia es un material homogéneo de composición invariable como una relación cualitativa y cuantitativa entre los elementos que la constituyen en contextos de presión y temperatura. Bajo estas condiciones existen millones de materiales que son mezclas, algunas son muy conocidas como: madera, ladrillos, arena, cemento, sal de cocina, arroz, azúcar, varillas de: hierro aluminio ó acero, seda, fibra sintética entre otras. Son entonces innumerables mezclas utilizadas en la industria para tratar la materia prima y obtener así nuevos producto según en una diversidad de presentaciones. Recordemos, dos ó más sustancias las podemos reunir mediante la operación de mezclar para formar mezclas, por ejemplo: el agua de mar, está constituida por una mezcla de agua y varias sales disueltas como el cloruro de sodio NaCl, cloruro de potasio KCl, entre otras. Completar con otros ejemplos 2.6 Actividad de consolidación: Elabora un mapa conceptual con los conceptos homogeneidad, material, mezcla, solubilidad, sustancia, composición, heterogeneidad. Socializar y consensuar 2.7 ¿Qué aprendiste? ¿Qué dejaste de aprender? ¿Qué te fue interesante?------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3.0 Bibliografía - Bachelard, G. [1993 (1940)], La Filosofía del No, Amorrortu editores, Tercera reimpresión, Buenos Aires, págs. 121 (Traducción del Francés Noemí Fiorito de Labrune). - Jensen, W. B. (1998), Logic, History, and the Chemistry Textbook I, Does Chemistry have a Logical Structure?, Journal of Chemical Education, 75, 6, 679 – 685. - Moreira, M. A. (2000), Aprendizaje Significativo: Teoría y Práctica, Aprendizaje Visor, Madrid, págs. 100. - Moreira, M. A. (2002), A Teoría dos Campos Conceituais de Vergnaud, Investigações em Ensino de Ciencias, 7, 1, Site: http://www.if.ufrg.br/public/ensino/revista.htm